河南柳關(guān)鉛鋅礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探施工技術(shù)

李大鵬，郝金玉

（1.河南省地礦局第四地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001；2.河南省小口徑鉆探工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450001）

1 項(xiàng)目背景

河南柳關(guān)鉛鋅礦勘查項(xiàng)目是為增加柳關(guān)鉛鋅礦儲量，延長礦床開采期限而勘探的。該項(xiàng)目位于河南省盧氏縣東坪鄉(xiāng)柳關(guān)村，介于前柳關(guān)組和后柳關(guān)組之間，經(jīng)過緊張施工，共完成7 個鉆孔，鉆探工作量3427.94m。

2 地層情況

河南柳關(guān)鉛鋅礦鉆探工程施工項(xiàng)目地處華北地臺南緣，構(gòu)造區(qū)劃屬崤山～熊耳山斷隆區(qū)。工區(qū)鉆孔地層從上到下可以分為四層：上部黃土及殘坡積物、中部白云巖及鉛鋅礦構(gòu)造帶、下部角礫巖和底部花崗巖。黃土及殘坡積物段巖性較軟，而鉛鋅礦構(gòu)造帶巖石破碎，漏漿嚴(yán)重，其余白云巖、角礫巖和花崗巖局部破碎。

3 主要技術(shù)難點(diǎn)

（1）沖洗液易漏失。鉆孔上部10m～30m為第四系覆蓋，與基巖接觸帶，裂隙發(fā)育、巖石松散，鉆進(jìn)過程中易發(fā)生微漏，甚至全漏失現(xiàn)象。

（2）白云巖層段巖石破碎，裂隙發(fā)育。在鉆進(jìn)過程中由于鉆桿回轉(zhuǎn)擾動，造成孔壁坍塌、掉塊現(xiàn)象，一旦碎塊掉進(jìn)環(huán)空間隙，易造成卡鉆事故。鉛鋅礦構(gòu)造帶松散，無膠結(jié)，易發(fā)生埋鉆事故。

（3）取心難度大，采取率低。鉛鋅礦構(gòu)造帶為白云巖蝕變造成，基本成塊狀，部分松散，無膠結(jié)，取心難度大。

4 施工設(shè)備

5 鉆進(jìn)工藝

5.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

結(jié)合工區(qū)地層特點(diǎn)，該項(xiàng)目選擇的鉆孔結(jié)構(gòu)主要有兩種：①用Φ150mm 金剛石單管鉆具開孔，見較完整基巖2m 后下入Φ146mm 孔口管護(hù)壁；然后采取SJ122 繩索取心鉆進(jìn)工藝，穿越坑道3m～5m 后下入Φ114mm 技術(shù)套管護(hù)壁；最后改用SJ96 繩索取心鉆具鉆進(jìn)至終孔；②選用Φ130mm 復(fù)合片單管鉆具開孔，穿過覆蓋層見完整基巖2m 后，下入Φ127mm 套管護(hù)壁，然后改用Φ110mm 金剛石鉆具裸眼鉆進(jìn)3m～5m（該徑為備用孔徑，根據(jù)具體情況再決定是否擴(kuò)孔），最后使用SJ96 繩索取心鉆具鉆進(jìn)至終孔。

5.2 鉆進(jìn)方法

主要采用金剛石單管鉆進(jìn)、復(fù)合片單管鉆進(jìn)和SJ122、SJ96 金剛石繩索取心鉆進(jìn)四種方法。

5.3 分層鉆進(jìn)技術(shù)

5.3.1 第四系黃土和殘坡積物覆蓋

一般為黃土和殘坡積物，可鉆性低，常采用金剛石單管或復(fù)合片單管鉆進(jìn)。鉆進(jìn)參數(shù)采用金剛石鉆進(jìn)時經(jīng)常使用中鉆壓、中轉(zhuǎn)速、大泵量或者復(fù)合片鉆進(jìn)時使用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速、大泵量。

5.3.2 白云巖

該層位主要存在的問題是巖石破碎和裂隙發(fā)育，易發(fā)生卡鉆和漏漿現(xiàn)象。因此，該層鉆進(jìn)時，護(hù)壁和堵漏措施顯得尤為重要。主要是通過添加優(yōu)質(zhì)的鈉土、CMC、植物膠和燒堿來達(dá)到效果。鉆進(jìn)參數(shù)采用常規(guī)鉆進(jìn)參數(shù)，主要以鉆速為基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

5.3.3 鉛鋅礦構(gòu)造帶

該層因地層應(yīng)力作用基本擠壓成塊狀，部分松散呈顆?；蚍蹱睿饕@進(jìn)問題是保證巖（礦）心采取率。為此，該層段主要采取SJ96 金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝，鉆進(jìn)參數(shù)嚴(yán)格按照巖心鉆探規(guī)程要求，并結(jié)合實(shí)際情況加以適當(dāng)調(diào)整。為了保證孔底干凈，提高巖粉的攜帶能力，配合使用無固相泥漿沖洗液。即水+CMC+腐殖酸鉀+聚丙烯酰胺等配成沖洗液。

5.3.4 花崗巖

花崗巖巖石較完整，硬度中等，研磨性強(qiáng)，存在數(shù)層軟巖。存在的難點(diǎn)主要是軟巖遇水膨脹及保障巖心采取率。沖洗液主要采取低失水量的低固相泥漿，來防止軟層縮徑。工藝方面采用SJ96 金剛石繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)，保障巖心的高采取率。鉆進(jìn)參數(shù)采用常規(guī)金剛石鉆進(jìn)參數(shù)[1]。

5.4 取心技術(shù)

根據(jù)巖石的物理、力學(xué)性質(zhì)和巖石層完整程度和業(yè)主要求，該項(xiàng)目主要采用了單管取心和繩索取心的方法。

5.5 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

鉆進(jìn)參數(shù)見下表2。

表2 鉆進(jìn)參數(shù)表

5.6 沖洗液

配方：(單位：1m3)。

鈉土粉30-40Kg ＋1%植物膠+1.5%CMC(高粘)＋0.5%Na2CO3+潤滑劑。

泥漿性能：粘度(s)：25-35 比重（g/cm3）：＞1.10 失水量(ml3/30min)：＜15 含砂量(%)：＜4；

6 解決施工難點(diǎn)采取的關(guān)鍵技術(shù)及取得的效果

6.1 SJ122 繩索取心鉆進(jìn)工藝的應(yīng)用

根據(jù)生產(chǎn)條件，在“保留一級口徑”的原則下，項(xiàng)目采用SJ122 繩索取心鉆進(jìn)工藝，投入400mΦ114mm 繩取鉆桿和兩套SJ122 繩取鉆具，完成鉆探工作量466.09m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，使用SJ122mm 繩取鉆探工藝完成的工作量占總工作量的13.60%，孔內(nèi)事故次數(shù)明顯減低。

6.2 SQ114/8 型液壓鉗的應(yīng)用

應(yīng)用的鉆桿有SJ114、SJ89 和SJ71 繩取鉆桿，鉆桿外徑大，起下大鉆時，自由鉗擰卸費(fèi)時、耗力，絲扣擰合緊，有時需用錘子震松，極易損害鉆桿絲扣，難以保持鉆桿的同心度，而應(yīng)用的SQ114/8 型液壓鉗能夠很好的解決這些問題，滿足地質(zhì)繩索鉆桿快速卸扣的需要，并且具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，便于搬遷等優(yōu)點(diǎn)[2-5]。

6.3 高胎體鉆頭

鉆探施工中，最為關(guān)鍵的是如何提高鉆進(jìn)效率，鉆頭選擇方面我們進(jìn)行了重點(diǎn)研究，試驗(yàn)了鄭州高胎體鉆頭。在鄭州某家超硬材料有限公司生產(chǎn)的ZFDN-75A 型鉆頭的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高胎體鉆頭，要求胎體工作層高度從10.00 增加到16.00mm，胎體硬度HRC30～35，同心圓尖齒形唇面，熱穩(wěn)定性聚晶金剛石，金剛石粒度60～80 目，濃度90%，沿用10 個水口的設(shè)計(jì)，每個水口寬度為5mm，實(shí)踐證明，該類型鉆頭平均進(jìn)尺103.21m/只。在同等地層情況下，鉆進(jìn)效率提高20%，壽命提高104%以上。

7 結(jié)論

7.1 利用Φ122mm 新規(guī)格口徑，簡化鉆孔結(jié)構(gòu)，提高鉆進(jìn)效率

ZK301 用Φ150mm 金剛石單管鉆具開孔，見較完整基巖2m 后下入Φ146mm 孔口管護(hù)壁；然后采取SJ122 繩索取心鉆進(jìn)工藝，穿越坑道3m～5m 后下入Φ114mm 技術(shù)套管護(hù)壁；最后改用SJ96 繩索取心鉆具鉆進(jìn)至終孔。這不僅簡化了鉆孔結(jié)構(gòu)，而且可利用SJ122 繩取工藝的技術(shù)優(yōu)勢提高鉆進(jìn)效率，減少孔內(nèi)事故。

7.2 試驗(yàn)高胎體金剛石鉆頭，鉆進(jìn)效率明顯提高

通過生產(chǎn)試驗(yàn)，選定的鄭州高胎體鉆頭適應(yīng)該礦區(qū)的地層鉆進(jìn)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、進(jìn)尺快、壽命平均長等特點(diǎn)，在同等地層情況下，鉆進(jìn)效率提高20%，壽命提高104%以上，不但降低了單位成本，而且大大縮短了鉆探施工周期。

7.3 頂漏快速鉆進(jìn)效果好

該工區(qū)地層斷裂構(gòu)造發(fā)育，漏失嚴(yán)重。為了解決這個問題，采用了頂漏快速鉆進(jìn)方法，其效果良好，降低了鉆桿與孔壁的摩擦阻力，提高了轉(zhuǎn)速，節(jié)省了時間，同時有效防止了燒鉆事故的發(fā)生，臺月效率明顯上升，最高達(dá)到614.95 米/臺月。